【正文】 a在電阻爐中間接加熱； b陽模直接通電流加熱； c陰模通電直 接 加 熱 ； d 導(dǎo)電（ 石墨 ） 陰模感應(yīng)加熱； e粉料在不導(dǎo)電（ 陶瓷 ） 壓模中感應(yīng)加熱 1加熱裝置； 2陰模；3制品； 5陽模；6絕緣； 8石墨的或銅的 （ 水冷 ） 導(dǎo)體 。 ? 側(cè)部開門，裝卸料方便。 ? 激光尺測量位移，精度高。 在熱壓過程中通常利用電加熱。 其特點是 熱能 、 機械能 、 化學(xué)能 三者缺一不可 ， 緊密配合促使轉(zhuǎn)變完成 。從能量及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的過程看 ， 在多晶轉(zhuǎn)變或煅燒分解過程中 ， 通常都有明顯的熱效應(yīng) ， 質(zhì)點都處于一種高能 、 介穩(wěn)和接收調(diào)整的超可塑狀態(tài) 。 以降低燒結(jié)溫度 ，亦即降低了燒結(jié)難度以獲得致密陶瓷 。 因勢利導(dǎo) ， 加以利用的一種熱壓燒結(jié)工藝 。 同熱壓法比較 ， 熱等靜壓溫度低 ， 制品密度提高 。 熱等靜壓工藝是將粉末壓坯或裝入包套的粉料放入高壓容器中 ， 使粉料經(jīng)受高溫和均衡壓力的作用 ， 被燒結(jié)成致密件 。 2 熱等靜壓法 (hot isostatic pressing) 熱等靜壓 是指對裝于包套之中的松散粉末加熱的同時對其施加各向同性的等靜壓力的燒結(jié)過程 。 先進陶瓷中引人注目的 Si3N SiC等非氧化物 ，由于在高溫下易被氧化 ， 因而在氮及惰性氣體中進行燒結(jié) 。 即在爐膛內(nèi)通入一定氣體 ， 形成所要求的氣氛 ， 在此氣氛下進行燒結(jié) 。 所使用的燒結(jié)工藝方法主要有兩種 ， 一種是冷壓成型然后燒結(jié)：另一種是熱壓燒結(jié) 。將粉體置于氧化鋁磨具中 ， 加載 23MPa的外壓后 ， 以20℃ /min的速度升溫到 1300℃ ， 保溫 1h后以 10℃ /min的速度降至室溫 ， 獲得的致密的納米 YTZP陶瓷 ， 晶粒尺寸約為 90nm。 熱壓燒結(jié)廣泛地用于在普通無壓條件下難致密化的材料的制備及納米陶瓷的制備 。 熱壓燒結(jié)與常壓燒結(jié)相比 ， 燒結(jié)溫度要低得多 ， 而且燒結(jié)體中氣孔率低 ， 密度高 。 ? 能生產(chǎn)尺寸較精確的產(chǎn)品。 ? 由于同時加溫 、 加壓 ， 有助于粉末顆粒的接觸和擴散 、流動等傳質(zhì)過程 ， 降低燒結(jié)溫度和縮短燒結(jié)時間 ， 因而抑制了晶粒的長大 。 施加外壓力的燒結(jié)， 簡稱加壓燒結(jié) (applied pressure) or (pressure— assisted sintering) 不施加外壓力的燒結(jié)， 簡稱不加壓燒結(jié)(pressureless sintering) 不加壓燒結(jié) 加壓燒結(jié) 燒結(jié)過程可以分為兩大類 ： 對松散粉末或粉末壓坯同時施以高溫和外壓 ，則是所謂的 加壓燒結(jié) 熱壓 是指在對置于限定形狀的石墨模具中的松散粉末或?qū)Ψ勰号骷訜岬耐瑫r對其施加單向壓力的燒結(jié)過程 。 隨著溫度的上升和時間的延長 ， 固體顆粒相互鍵聯(lián) ， 晶粒長大 ， 空隙 (氣孔 )和晶界漸趨減少 ， 通過物質(zhì)的傳遞 ， 其總體積收縮 ， 密度增加 ， 最后成為堅硬的只有某種顯微結(jié)構(gòu)的多晶燒結(jié)體 ， 這種現(xiàn)象稱為 燒結(jié) 。 此外 ， 一些含有易揮發(fā)組分的陶瓷 ，如氧化鉛 、 氧化鋅和某些氮化物 ， 以及用纖維 、晶須 、 片狀晶粒 、 顆粒彌散強化的陶瓷基復(fù)合材料 ， 用熱壓工藝比用無壓燒結(jié)容易獲得高致密的材料 。m2；熱壓氧化鋯增韌陶瓷的抗彎強度和斷裂韌性分別為 1500MPa和15MPa與陶瓷無壓燒結(jié)相比， 熱壓燒結(jié)能降低燒結(jié)溫度和縮短燒結(jié)時間，可獲得細晶粒的陶瓷材料 。 ? 從 1930年起 ，熱壓更快地發(fā)展起來，主要應(yīng)用于大型硬質(zhì)合金制品、難熔化合物和現(xiàn)代陶瓷等方面。 ? 1912年 ，德國發(fā)表了用熱壓將鎢粉和碳化鎢粉制造致密件的專利。 燒成新方法 熱壓燒結(jié)的發(fā)展 熱壓燒結(jié)工藝 熱壓燒結(jié)應(yīng)用實例 一 、 熱壓燒結(jié) ? 1826年 索波列夫斯基首次利用常溫壓力燒結(jié)的方法得到了白金。 低溫?zé)珊涂焖贌? 6 二 、 降低燒成溫度的工藝措施 （ 一 ） 調(diào)整坯 、 釉料組成 （ 二 ） 提高坯料細度 7 坯、釉料能適應(yīng)快速燒成的要求 ? 干燥收縮和燒成收縮均小 ? 坯料的熱膨脹系數(shù)小，最好它隨溫度的變化呈線性關(guān)系 ? 坯料的導(dǎo)熱性能好，使燒成時物理化學(xué)反應(yīng)能迅速進行，又能提高坯體的抗熱震性 ? 坯料中少含晶型轉(zhuǎn)變的成分，以免造成破壞 三 、 快速燒成的工藝措施 必須滿足的工藝條件 : 8 （ 2） 減少坯體入窯水分 、 提高坯體入窯溫度； （ 3） 控制坯體厚度 、 形狀和大??； （ 4） 選用溫差小和保溫良好的窯爐； （ 5） 選用抗熱震性能良好的窯具 。 ? 快速燒成： 相對而言 ， 指的是產(chǎn)品性能無變化 ， 而燒成時間大量縮短的燒成方法 。 ? 坯體形狀 、 厚度和入窯水分； ? 窯爐結(jié)構(gòu) 、 燃料性質(zhì) 、 裝窯密度； ? 燒成方法 。 （ 三 ） 燒成氣氛對產(chǎn)品性能的影響 氣氛會影響陶瓷坯體高溫下的物化反應(yīng)速度 ， 改變其體積變化 、 晶粒與氣孔 、 燒結(jié)溫度甚至相組成等 。 ?燒成溫度的高低直接影響晶粒尺寸 、 液相的組成和數(shù)量以及氣孔的形貌和數(shù)量 。 （ 一 ） 燒成溫度對產(chǎn)品性能的影響 燒成溫度是指陶瓷坯體燒成時獲得最優(yōu)性質(zhì)時相應(yīng)溫度即燒成時的止火溫度 ， 是一個有下限和上限的 燒成范圍 。1 第四章 陶瓷燒成工藝 2 一、 燒成制度與產(chǎn)品性能的關(guān)系 167。 燒成制度的制定 燒成制度包括：溫度制度、氣氛制度和壓力制度。 ?燒成溫度的高低與坯料的種類 、 細度及燒成時間密切相關(guān) 。 3 （ 二 ） 保溫時間對產(chǎn)品性能的影響 保溫溫度常低于燒成溫度 ， 保溫時間直接關(guān)系到晶體的形成率和晶花的大小 、 形狀 。 4 二 、 擬定燒成制度的依據(jù) ? 坯料在加熱過程中的性狀變化 ， 初步得出坯體在各溫度或時間階段可以允許的升 、 降溫速率等 。 5 一、 低溫?zé)膳c快速燒成的作用 低溫?zé)膳c快速燒成的涵義 ? 低溫?zé)桑?凡燒成溫度有較大幅度降低 （ 在 80~100℃ 以上 ） 且產(chǎn)品性能與通常燒成的性能相近的燒成方法 。 167。 9 167。而熱壓技術(shù)已經(jīng)有 70年的歷史，熱壓是粉末冶金發(fā)展和應(yīng)用較早的一種熱成形技術(shù)。 ? 1926～ 1927年 ，德國將熱壓技術(shù)用于制造硬質(zhì)合金。 許多陶瓷粉體 (或素坯 )在燒結(jié)過程中，由于燒結(jié)溫度的提高和燒結(jié)時間的延長，而導(dǎo)致晶粒長大。 熱壓燒結(jié)優(yōu)點 ： 例 ： 熱壓氮化硅材料的抗彎強度和斷裂韌性分別可達 1100MPa和 9MPam2。 ? 熱壓燒結(jié)的概念 ? 熱壓燒結(jié)的適用范圍 熱壓燒結(jié)的概念 燒結(jié) 是陶瓷生坯在高溫下的 致密化過程和現(xiàn)象的總稱 。 燒結(jié)是減少成型體中氣孔 ， 增強顆粒之間結(jié)合 ， 提高機械強度的工藝過程 。 熱壓的優(yōu)點 ： ? 熱壓時 ， 由于粉料處于熱塑性狀態(tài) ， 形變阻力小 ， 易于塑性流動和致密化 ， 因此 ， 所需的成型壓力僅為冷壓法的 1/10， 可以成型大尺寸的 A12O BeO、 BN和 TiB2等產(chǎn)品 。 ? 熱壓法容易獲得接近理論密度、氣孔率接近于零的燒結(jié)體 ，容易得到細晶粒的組織，容易實現(xiàn)晶體的取向效應(yīng)和控制高蒸氣壓成分系統(tǒng)的組成變化，因而容易得到具有良好機械性能、電學(xué)性能的產(chǎn)品。 熱壓的優(yōu)點 ： 熱壓法的缺點是生產(chǎn)率低、成本高 。 由于在較低溫度下燒結(jié) ， 就抑制了晶粒的生長 ， 所得的燒結(jié)體晶粒較細 ， 并具有較高的機械強度 。 例 ： 納米 ZrO2（ 3Y） 粉體采用溶膠 凝膠法制備 ， 經(jīng)550℃ 溫度煅燒 2h， 獲得粒徑約 40nm的 ZrO2（ 3Y） 粉體 。 熱壓燒結(jié)的適用范圍 在現(xiàn)代材料工業(yè)中 ， 用粉體原料燒結(jié)成型的產(chǎn)業(yè)有兩類 ， 一個是粉末冶金產(chǎn)業(yè) ， 一個是特種陶瓷產(chǎn)業(yè) 。 實驗證明 ， 采用真空熱壓燒結(jié)可以使產(chǎn)品無氧化 、低孔隙 、 少雜質(zhì) 、 提高合金化程度 ， 從而提高產(chǎn)品的綜合性能 (1) 種類 ?真空熱壓 ?氣氛熱壓 ?震動熱壓 ?均衡熱壓 ?熱等靜壓 ?反應(yīng)熱壓 ?超高壓燒結(jié) 真空和氣氛熱壓 1 對于空氣中很難燒結(jié)的制品 (如透光體或非氧化物 )， 為防止其氧化等 ， 研究了 氣氛燒結(jié)方法 。 而真空熱壓則是將爐膛內(nèi)抽成真空 。 對于在常壓下易于氣化的材料 ， 可使其在稍高壓力下燒結(jié) 。 熱等靜壓的壓力傳遞介質(zhì)為 惰性氣體 。 熱等靜壓強化了壓制和燒結(jié)過程 ． 降低燒結(jié)溫度 ，消除空隙 ， 避免晶粒長大 ， 可獲得高的密度和強度 。 3 反應(yīng)熱壓燒結(jié) 這是針對高溫下在粉料中可能發(fā)生的某種化學(xué)反應(yīng)過程 。 也就是指在 燒結(jié)傳質(zhì)過程中 ， 除利用表面自由能下降和機械作用力推動外 ， 再加上一種化學(xué)反應(yīng)能作為推動力或激活能 。 從化學(xué)反應(yīng)的角度看 ， 可分為 相變熱壓燒結(jié) 、分解熱壓燒結(jié) ， 以及 分解合成熱壓燒結(jié) 三種類型 。 此時 ， 促使質(zhì)點足夠的機械應(yīng)力 ， 以誘導(dǎo) 、 觸發(fā) 、 促進其轉(zhuǎn)變 ， 質(zhì)點便可能順利地從一種高能介穩(wěn)狀態(tài) ， 轉(zhuǎn)變到另一種低能穩(wěn)定狀態(tài) ， 可降低工藝難度 、 完成陶瓷的致密燒結(jié) 。 (2) 熱壓燒結(jié)生產(chǎn)設(shè)備 熱壓機的結(jié)構(gòu)是按加熱和加壓方法．所采用的氣氛以及其他因素來劃分的。最普通的方法有： ?對壓?；驘闪贤娭苯蛹訜幔? ?將壓模放在電爐中對其進行間接加熱； ?對導(dǎo)電壓模進行直接感應(yīng)加熱； ?把非導(dǎo)電壓模放在導(dǎo)電管中進行感應(yīng)加熱 美國 CENTORR真空熱壓爐 ? 雙向加壓，燒結(jié)產(chǎn)品達到更高密度。 ? 壓力自動調(diào)節(jié)，自動穩(wěn)壓及保壓，具有程序升降壓功能。 ? 爐內(nèi)發(fā)熱元件采用石墨，保溫材料采用石墨氈及石墨筒為隔熱屏，上、下壓頭采用高強度石墨。此外 ， 也可以采用超聲波先進技術(shù) 。石墨的價格不太貴 ， 易于機械加工 ， 在較大的溫度范圍內(nèi)具有較低密度 ， 電阻較低 ， 熱穩(wěn)定性好和具有足夠的機械強度 ， 且能形成保護氣氛 。 高強石墨 ， 可以在壓力達 70MPa條件下應(yīng)用 。 石墨還能和過渡族金屬 ， 以及過渡族金屬的氮化物和硅化物發(fā)生反應(yīng) 。 金屬壓模主要用來制造多晶光學(xué)材料 ， 比如氟化鎂 、 氧化鎂和硒化鉛 。 (3)熱壓燒結(jié)的過程、工藝參數(shù)及控制過程 工藝制度 影響熱壓燒結(jié)的因素 1 2 工藝制度 1 工藝制度主要包括下述四個方面： ? 最高燒結(jié)溫度 ? 保溫時間 ? 降溫方式 ? 氣氛的控制 這些制度的確定除和原料成分 ， 加工粉碎情況 ， 成型方 式 ， 化學(xué)反應(yīng)過程等有關(guān)外 ， 還與熱壓爐結(jié)構(gòu) ，